學習筆記 堆排序

2021-10-22 16:59:34 字數 2219 閱讀 6740

堆排序運用到了樹的思想。它仍然使用陣列排序,並不建立樹,但是排序時將陣列看作乙個完全二叉樹,通過不斷地構建大頂堆,將樹頂元素與樹尾元素交換,以樹頂構建新的大頂堆來把整個陣列從小到大排序。

首先,將數字按從上到下,從左到右的順序寫成一顆完全二叉樹,這樣的樹的特點是,對於父節點i(對應陣列中的下標i),它的左子節點的陣列下標為2*i+1,右子節點的陣列下標為2*i+2。而最下面的非葉子節點的陣列下標為arr.length/2-1

進行堆排序大致分為兩步,第一步是構建大頂堆,第二步是樹頂元素與末尾元素交換。

首先,大頂堆是指:每個結點的值都大於或等於其左右孩子結點的值,稱為大頂堆。小頂堆是指:每個結點的值都小於或等於其左右孩子結點的值,稱為小頂堆。對陣列公升序排列要構建大頂堆,而降序排列要構建小頂堆。

構建大頂堆:

這個方法用來將以乙個非葉子節點開始的子樹構建成大頂堆,需要三個變數,陣列arr,該非葉子節點的陣列下標i,和要改變的最大元素數(一開始就是陣列的長度,每次排好了乙個元素時就不用再去改變它,所以排列時每次會減1)

首先用temp儲存這個非葉子節點的值。這個值中途是不會改變的,實際上,我們就是需要把它放在合適的位置上。

然後用for迴圈來遍歷它的子樹,j用來指向子節點(j表示的陣列的下標),根據上面的性質j=2*i+1,當j小於length時,就可以不斷迴圈(一開始代表的是傳進來的這個非葉子節點的左子節點,之後會不斷指向子節點的子節點),這時,在兩個子節點中尋找較大的,並讓j指向大的那個數。j+1就代表右子節點,它同樣要小於length,防止出現越界,所以當右子節點較大時,讓j+1就行。完成後,j就指向了子節點中大的那個,這時判斷temp和arr[j]的大小,如果temp小,就把arr[j]賦給arr[i],並讓i=j,如果temp大,說明符合大頂堆的邏輯,直接break退出迴圈就好。

注意的是:temp的值是不變的,等於一開始的非葉子節點值,每次是用temp和arr[j]比較,而不是arr[i]和arr[j]比較,因為arr[i]的值是會變化的(一開始指向傳進來的非葉子節點,如果不是大頂堆,就會指向該節點較大的子節點,然後再指向子節點的子節點,不斷改變)而我們實際上是在為temp找乙個合適的位置,如果是arr[i]和arr[j]比較,就會出現temp小於arr[i]的情況,使得無法正確構建大頂堆,在這裡的賦值是不斷將較大的子節點賦給父節點。i=j這是讓i指向較大的子節點,也就是下一次迴圈中的父節點,也就是i永遠指向父節點,j永遠指向較大的子節點。至於敢於直接break,是因為我們一定是從最小的非葉子節點開始構建大頂堆,從右向左,從下到上,所以可以直接break,因為下面的構建總是正確的。

退出迴圈後,讓arr[i]等於temp,因為我們之前只是將較大的子節點賦給父節點,而子節點的值沒有改變,實際上,它們應該交換。此時i指向的就是temp合適的位置,也就是某個子節點或者就沒變,這時就直接賦值,完成交換。而這一步一定要放在迴圈外。因為迴圈內的i不一定是temp的合適位置。

/**

* 構建大頂堆

* @param arr 原陣列

* @param i 構建大頂堆的最頂的非葉子節點的下標

* @param length 要調整的最大元素數,每次不斷減少

*/public

static

void

adjustheap

(int

arr,

int i,

int length)

if(temp

)else

} arr[i]

=temp;

}

排序方法的思路:首先呼叫上面的方法將原陣列構建成大頂堆。這時因為上面的邏輯,要保證一定要從最後乙個非葉子節點開始,逐漸向上。所以先求出下標,然後- -。完成後,顯然根節點就是陣列中最大的數了,讓它與陣列末尾數交換,那麼最大的數就放在最後了,這時新的根節點不一定是陣列中最大的,所以就以它為頭,重新構建大頂堆(因為實際上只改變了兩個數,而移下去的最大數不參與排列新大頂堆,也就是下面的大頂堆邏輯並沒有被破壞,所以不用迴圈,而直接排就可以),然後重複這個過程,直到排列完畢。

public

static

void

heapsort

(int

arr)

//交換

for(

int i = arr.length-

1; i >

0; i--

)}

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